автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Исследование и разработка алгоритмов и устройств непрерывно-дискретного отображения цифровой информации

ВІННИЦЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ і*.*-.«' (Т**

і -¡..г-сц-

ІЮЙГКО ВІКТОРІЯ НОЛОДИМІІРШІІА

УДК С81.3

ДОСЛІДЖЕННЯ І РОЗРОБКА АЛГОРИТМІВ І ПРИСТРОЇВ НЕПЕРЕРВНО-ДИСКРЕТНОГО ВІДОБРАЖЕННЯ ЦИФРОВОЇ

ІНФОРМАЦІЇ

і" п> ОГі.іЗ 05 - елемент та лрпсфої обчис.'іюнлльної техніки

Та СПСГСМ КЄр\-|і,Т1П!Я

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних папс

ВІННИЦЯ

1999

^итерта^іею є ^ , ,, Гміі

Робота виконана у Вінницькому державному технічному університеті

Міністерства освіти України.

Науковий керівник доктор технічних наук, професор, Пєтух Анатолій

Михайлович, Вінницький державний технічний університет, завідувач кафедри прикладної математики і обчислювальних систем.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Бузовський Олег

Володимирович, Національний технічний університет України “КІІІ”, професор кафедри обчислювальної техніки;

кандидат технічних наук, доцент Роік Олександр Митрофанович, Вінницький державшій технічний ' '' університет, доцент кафедри інтелектуальних

систем.

Провідна організація: Державний університет “Львівська політехніка”,

факультет автоматики, Міністерство освіти України, м.Львів.

Захист відбудеться “ О І ”______________/ О_______ 1999 р. о "

годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 05.052.01 у Вінницькому державному технічному університеті за адресою: 286021, м. Вінниця, Хмельницьке шосе, 95.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Вінницького державного технічного університету.

Автореферат розісланий “ <?/ ”____________¿Р_________ 1999 р.

Вчений секретар й л

спеціалізованої вченої ради Д 05.052.01: /У,/ Лисогор В.М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Велику частину інформації (біля 80%) людина

отримує по зоровому каналу. Тому можна стверджувати: небагато галузей сучасної електроніки викликають таку велику цікавість читачів, як засоби зід . ораження інформації. Саме засоби відображення слугують “електронним перекладачем", який дозволяє сприймати, розуміти закодовану електричними сигналами інформацію. Тому, звісно ж, людина (користувач) гостро сприймає будь-яке покрашення та удосконалення зображення' в пристроях відображення інформації.

Нині, в період інформаційного вибуху, важливого значення набувають пізні технічні засоби подання людині-операторові чи просто спостерігачеві великих потоків візуальної інформації. Тому вивчення різних можливих способів подання інформації користувачеві за різних умов сприйняття є дуже важливою проблемою. Її вирішення дозволить суттєво підвищити імовірність правильних рішень оператора (спостерігача), суттєво зменшити інерційність візуальних реакцій і втомленість оператора, які заважають його роботі, і т. д. Опгнмізація побудови засобів відображення інформації — складна системотехнічна проблема, що потребує знань із різних галузей та використання комплексу методів. Виникли нові напрямки досліджень в інженерній психології, техніці індикації, математичному забезпеченні таких розробок. '

Оскільки цифрове зображення інформації широко розповсюджене, то дослідження різних форм нарису цифр, вибір оптимального способу цифрового зображення та кодування і визначення особливостей засобу відображення на його основі є однією з важливих задач при розробці систем відображення інформації. Центральне місце у розв’язанні цієї проблеми ікзлежить оцінці надійності і ефективності сприйняття, розпізнавання, ідентифікації та декодування людиною відтвореної інформації. Аналіз ііітчизняноі і зарубіжної літератури показав, що ці питання ще не вирішені. Нашим безпосереднім завданням є розробка математичного та методичного забезпечення для можливості проведення дослідження пристроїв відображення на базі різних форм подання величин і проведення порівняльного аналізу роботи засобів відображення на базі традиційних і ноннх альтернативних методів зображення цифрової інформації з метою виявлення переваг та недоліків при використанні останніх. Дана задача чималою мірою визначається необхідністю та можливістю узгодження характеристик людини-оператора (спостерігача) та особливостей технічної реалізації різних індикаторів. Безсумнівною є необхідність комплексного шлло.чу до проектування апаратури відображення, котра справді відповідає сучасним вимогам.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Дисертація виконана в плані наукових досліджень, що проводятьс: кафедрою прикладної математики і обчислювальних систем Вінницькоп державного технічного університету за програмою “Удосконалення форд представлення величин".

Мета і задачі дослідження. Мета роботи полягає в аналізі й дослідженн пристроїв відображення цифрової інформації та розробці засобів дл: оцінювання надійності і зручності їх використання.

Задачі дослідження, визначені його метою, передбачають:

1. Аналіз можливостей використання принципу неперервно-дискретного відображення інформації в цифрових відлікових пристроях та розробку алгоритму його реалізації.

2. Аналіз системного підходу до проектування пристроїв відображення

з метою виявлення необхідних додаткових розробок засобів для оцінювання характеристик ПВІ на конкретних етапах проектування.

3. Розробку багатокритеріальної методики й алгоритму для оцінювання характеристик пристроїв відображення цифрової інформації.

4. Розробку методики розрахунку межових змінень параметрів залежно від зміни значення оцінюючої функції та її використання при забезпеченні стійкості загальносисгемного критерію оптимальності шляхом зміни, добавлення чи вилучення факторів впливу.

5. Оцінювання та порівняння характеристик знакосинтезуючих індикаторів на базі різних форм нарису цифр та розробку засобів відображення інформації на базі альтернативних форм зображення цифрових даних з використанням неперервно-дискретного відображення.

6. Порівняльний аналіз переваг та недоліків використання альтернативних форм нарису цифр (з можливістю забезпечення неперервно-дискретного зображення) у пристроях відображення інформації.

Наукова новизна одержаних результатів

1.Розроблена та застосована для порівняльного аналізу пристроїв відображення цифрової інформації універсальна методика багатокритеріального аналізу варіантів з використанням нечітких множин, яка добре пристосована для роботи як з кількісними, так і з якісними критеріями оцінки і, на відміну від багатьох відомих методик, дозволяє однаково оцінювати різнорідні властивості для отримання інтегральної оцінки за багатьма критеріями.

2.Розроблена методика визначення межових змінень параметрів системи на основі використання безрозмірної форми запису оцінюваної функції та принципів нелінійного програмування (і принципу рівних впливів у випадку рівноважності параметрів системи).

з

3. Розглядаються можливості застосування запропонованої методики визначення межових змінень параметрів системи при вилученні (включенні) мульгиплікативних за своїм внутрішнім змістом складових адитивно-мульпшлікативної моделі, що має широкі перспективи використання при ¡-.с-обхідності забезпечення стабільності роботи системи шляхом утримання загальносистемного критерію оптимальносгі у встановлених межах;

4. На базі проведеного аналізу та дослідження використання різних форм зображення цифрової інформації виявлені та узагальнені основні переваги і недоліки їх застосування в пристроях відображення.

Практичне значення одержаних результатів полягає в можливості на слнііій мегодологічній основі проектування систем відображення інформації ставити, розв’язувати і аналізувати задачі вибору способу кодування та -.ображення цифрової інформації в процесі розробки інформаційної моделі. Розроблені методики, математичні моделі, алгоритми та програми можуть бузи використані для автоматизації процесу проектування систем відображення. Запропоновані методики дозволяють розв’язувати широке коло огггимізаційних задач, що постають у поцесі проектування. Деякі теоретичні і програмні розробки використовуються у вузівському навчальному процесі у викладанні курсів “Прикладна теорія інформації, кодування та зв’язку”, “Організація та функціонування цифрових комп'ютерів", що читаються на кафедрі прикладної математики та обчислювальних систем, а також у дипломному проектуванні. ';;»грсгтонована методика багатокритеріального аналізу варіантів прийнята Вінницьким регіональним відділенням Держінноваційного фонду України як кнова для порівняльної оцінки варіантів різних проектів за техніко-ехономічними критеріями. Алгоритми та принципи побудови засобів відображення на базі альтернативного зображення цифрової інформації, розроблені в дисертації, прийняті ВАТ “Інфракон” як основа для розробки перспективних індикаторних пристроїв з наступним їх впровадженням у виробництво.

Особистий внесок здобувана. Усі результати, які складають основний зміст дисертаційної роботи, отримані автором самостійно. У роботах, опублікованих у співавторстві, дисертантові належить: розширення та у іосуоналення мегодики багатокритеріального аналізу варіантів на базі нсіітких множин і парних порівнянь, проведення розрахунків за цією методикою та аналіз результатів [3, 11]; порівняльний аналіз різних форм нарису цифр та виявлення переваг і недоліків їх використання в засобах відображення інформації [1, 8, 14]; виявлення особливостей схемотехнічної реалізації пристроїв відображення на базі альтернативного подання інформації [6, 9]; розробка методики визначення межових змін параметрів системи, розрахунки на її основі та аналіз результатів [5, 13].

Апробація результатів дисертації. Робота апробувалася на: науково-¡ехнічній конференції з міжнародною участю "Приладобудування 96". м. Вшниця-Судак, 1996р.; третій Українській конференції з автоматичного керування “Автоматика 96”, м.Севастополь, 1996р.; Міжнародній

студентській науково-технічній конференції “Керування технічними і енергетичними процесами”, м.Севастополь, 1996р.; науково-практичному семінарі з проблеми "Системи обчислювальної та телекомунікаційної техніки в умовах інформатизації регіону, автоматизоване проектування, захист і контроль. Паралельні обчислення і обчислювальні структури", м.Черкаси. 1996р.; Міжнародному симпозіумі “Наука и

предпринимательство”, м.Вінниця -Львів, 1997, 1998рр.; першому, другому і третьому Міжнародному молодіжному форумі ‘Электроника и молодёж в XXI веке”, м. Харків, 1997, 1998, 1999рр.; четвертій і п’ятій Міжнародній конференції “Франція та Україна - науково-практичий досвід у контексті діалогу національних культур” м. Дніпропетровськ, 1997, 1998рр.; шостій і сьомій Міжнародній науковій конференції, їм. ак. М. Кравчука, м.Кігів,

1997, 1998рр.; Міжнародній науково-технічній конференції

“Приладобудування-97”, м. Вінниця-Сімеіз, 1997р.; Всеросійській молодіжній науковій конференції “Гагаринские чтения”, м. Москва, 1998, 1999рр.; п’ятій Українській конференції з автоматичного керування “Автоматика 98”, м. Київ, 1998р.; Міжнародній науково-технічній конференції “Приладобудування-98”, м. Вінниця-Сімферополь, 1998р.; першій Міжнародній науково-практичній конференції з програмування, м. Київ, 1998р.; Міжнародній конференції з математичного моделювання, м. Херсон, 1998р.; 20-th International Scientific Sympozium of Students and Young Scientific Workers, Poland, Zielona Gora, 1998; науково-технічній конференції професорсько-викладацького складу, співробітників та студентів університету з участю працівників науково-дослідаих організацій та інженерно-технічних працівників підприємств м. Вінниці та області, м.Вінниця, 1996-1999рр.; Першій Міжнародній науково-методичній конференції “Методичні та організаційні аспекти використання мережі Інтернет в закладах науки та освіти”, м. Вінниця, 1999р.; п’ятій Міжнародній науково-технічній конференції “Контроль і управління в складних системах”, м. Вінниця, 1999р.; Міжнародній науково-методичній конференції “Шляхи та проблеми входження освіти України в світовий освітянський простір”, м.Вінниця, 1999р.

Публікації. Основні наукові результати дисертації опубліковані в 25 друкованих роботах, з них 5 — в центральних періодичних виданнях, 20 — в матеріалах, статтях і тезах міжнародних і українських симпозіумів і конференцій.

Обсяг і структура дисертації. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, підсумку, які викладені на 155 сторінках друкованого тексту; 28 рисунків та 24 таблиць, 4 додатків. Список використаних літературних джерел складається з 134 найменування.

Автор щиро дякує д.т.н., проф. А.М. Пстух у за наукове керівництво роботою та Д.Т.Н., проф. О.П. Ротштейну за консультації при розробці методики багатокритеріального аналізу варіантів та за корисні зауваження, зроблені при обговоренні отриманих результатів.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ЮБОТИ У вступі обґрунтована актуальність проблеми, сформульовані мета та вдачі роботи, подано короткий опис кандидатської дисертації за розділами і наводяться основні результати роботи.

У першому розділі з метою вибору критеріїв оцінювання зручності використання різних семіотичних знаків у пристроях відображення проводиться аналіз історичного розвитку цифрового зображення, який дає змогу виявити основні параметри цифрових знаків, відібраних за законами еволюційного відбору. Подана інформація про нові альтернативні форми і методи зображення цифрових даних, які запропоновані доктором технічних наук Пєтухом А.М. Слід зауважити, що альтернативне зображення є досить широким напрямком цифрового відображення. У дисертації проводиться досліджеяя лише однієї з гілок цього напрямку — чотирисегментного зображення, розробленого на основі подання інформації на годиннику (рис.1). Виходячи з цієї засади, коди і цифри, які використовуються в даному кодуванні, носять ексшгіцитну назву "стрілкових цифр".

0(12)

Рис. 1. Циферблат годинника із зображенням "стрілко-

вих цифр" при симетричному кодуванні величин.

Суть кодування полягає в тому, що за допомогою чотирьох символів «презентуються дванадцять чисел (цифрових комбінацій). Використання мінімальної кількості сегментів індикатора, необхідних для відтворення всіх

,1'мйолів робочого алфавіту, слугує однією з важливих особливостей такого ;ифропого відображення. Порівняння різних традиційних і нових цифрових истем та виявлення умов зручного їх використання є однією з важливих ддач при виборі способу кодування та зображення цифрової інформації в іроцесі розробки інформаційної моделі засобу відображення,

У першому розділі виконується аналіз проблем, які виникають у роцесі проектування пристроїв відображення інформації, та виявляється

необхідність додаткових розробок засобів для оцінювання характеристи пристроїв відображення на різних етапах їх проектування, що проводяться наступних розділах.

На етапі узгодження художньо-конструкторських рішень пристрої відображення слід сформувати основні вимоги до вибору типу засоб відображення на базі принципів компонування для підвищення ефективносї операцій прийому інформації людиною. Тому в першому розділі проведен узагальнення основних принципів компонування засобів відображення т сформовані основні вимоги до вибору його типу на базі принципі компонування.

У другому розділі проводиться розробка методики для оцінювана характеристик пристроїв відображення інформації, при виборі критерії] ефективності роботи яких слід враховувати як надійність та ефективністі технічних засобів відображення, так і надійність та ефективність роботі людини-користувача. Тому при оцінці спроектованої системи відображенні • необхідно враховувати, що вона відноситься до людино-машинних систек чи до класу так званих “гуманістичних систем”, для опису яких найкращ« підходить математичний апарат нечіткої логіки.

У зв’язку з цим розроблена багатокритеріальна методика оцінки варіантів на базі нечіткої логіки з урахуваннями якісних і кількіснії* критеріїв оцінок при можливості порівняння варіантів з еталоном і можливості проведення порівняльної оцінки варіантів в умовах рівноважності і нерівноважності критеріїв та, на відміну від багатьох відомих методик, дозволяє однаково оцінювати різнорідні властивості, що дуже важливо для отримання узагальненої інтегральної оцінки варіантів за багатьма критеріями і не потребує складних математичних обчислень. За допомогою парних порівнянь за дев’ятибальною шкалою Сааті проводиться порівняльна оцінка варіантів за обраною системою критеріїв та будується матриця парних порівнянь, яка має такі властивості:

— вона діагональна, тобто а'п-1, і =\,п\

— елементи, які симетричні відносно головної діагоналі, пов’язані

• / 1

залежністю аи——т-;

ал

— вона транзитивна, тобто = а1^ .

Наявність цих властивостей дозволяє визначити всі елементи матриці за елементами одного з рядків, що говорить про спроможність матриці парних порівнянь. Зважаючи на вказані вимоги, експерт, обравши один об'єкт в СІ разів важливішим від другого, повинен вказати, що важливість другого об’єкта складає долю ^ від важливості першого.

\1 \'2 Гп

1'1 а?~ аЦ

Л! = ^ (і 22 4

А ап2 аіп„

де елемент <з7у матриці парних порівнянь оцінюється експертом за 9-бальною шкалою Сааті.

У даній методиці багатокритеріального аналізу пропонуємо :и::српстопузати метод побудови функції належності нечітких множин, який ?т?’соригтг!вує матрицю парних порівнянь елементів універсальної множини, іле, на відміну від метода Сааті, не вимагає знаходження власного вектора -іатриці, тобто звільняє користувачів від складних обчислень та процедур юзв’язання характеристичних рівнянь. Тому після визначення всіх елементів итриці (1) ступені належності, необхідні для формування нечіткої множини, ібчислюються за формулою:

//О,) = —----------------т (2)

аі\ + аі2+--+аіп

Якщо //(і'-) — число в діапазоні [0,1], яке характеризує рівень оцінки а;:ілиа г;- є II за критерієм С/ Є С: чим більше число /-Iі(іг,), тим р.ііі;он) <г оцінка варіанту V, є І/ за критерієм с1 є С, і = 1, п, І — 1, гт>. оді критерій С/ є С можна подати у вигляді нечіткої множини ('/, яка ¡дана на універсальній множині и таким чином:

У(ч) М1^) /¿Ул)1

Сі —

(?)

ч

ступінь належності елемента ^ до нечіткої множини с).

ііослуговуючись принципом Беллмана-Заде. отримаємо інтегральний іитерій оцінки систем:

ї) =

(4)

При наявності коефіцієнтів важливості щ , _/ = 1, л? формула ( набуває вигляду:

£> =

тіПГ >( \1НІ ттГ // "2 тіПГ // чі"-;

/.Гї[* М ;.Г>М

,(5)

де ступінь и> свідчить про концентрацію нечіткої множини <

відповідно до міри важливості критерію.

Згідно з отриманою множиною £>, найкращим слід вважати таки варіант, для якого ступінь належності (чисельник) є найбільшим.

Запропонована методика доведена до інженерного рівня і не вимагг спеціальної кваліфікації в галузі теорії нечітких множин в експерті! здійснюючих порівняльний аналіз варіантів. Дана методика може знайт широке застосування для оцінки різних варіантів не тільки в техніці, а і політиці, економіці, науковій роботі та інших галузях людської діяльності.

Запропонована методика є зручною і при оцінці та виборі способ кодування і зображення інформації, оскільки на даному етапі проектуванн слід враховувати інтереси як розробника технічних пристроїв відображення так і користувача, тобто використовувати як кількісні, так і якісні критері оцінки. Результати проведеного порівняльного аналізу зручносі використання традиційних арабської та римської і нової альтернативно системи (табл.1) у засобах відображення зумовлюють перспективнісгі використання останніх у системах відображення інформації.

Таблиця 1

Цифри Системи

Арабська Римська Альтернативна симетрична

Б1 БЗ

І 2 3 4

нуль 0 — Й - -

один 1 І

два 2 II Р®

три 3 III Я

чотири 4 IV

п’ять 5 V . і

ШІСТЬ 6 VI Е

СІМ 7 VII . _

ВІСІМ 8 VIII ш .

дев’ять 9 IX к

десять 10 X и ..

Третій розділ присвячується аналізу завершального етапу проектування пристроїв відображення інформації, на якому проводиться зпівставлення

технічних характеристик спроектованого пристрою з вибраними показниками ефективності. У випадку неотримання потрібних результатів часто необхідно визначити зону зміни значень параметрів системи (факторів «пливу на ефективність роботи системи) при утриманні загальносистемного критерію оптимадьності у визначених межах. Виходячи з цієі' засади, необхідною є методика межових змін для можливості визначення зони значень змінних параметрі в системи. Для вирішення цієї задачі найбільш поширеними є чисельні методи та метод підбору. У третьому розділі вдалося розробити методику визначення межових змінень параметрів системи, базуючись на безрозмірній формі запису оцінюваної функції та принципах нелінійного програмування.

Зя’чзок між оцінюваною функцією і параметрами системи подається у нигіійлі:

т п

у = Ї><ПХ7'. (6)

/=1 у=1

де пі — кількість доданків позинома (6); п — кількість змінних (параметрів) Х]\ а і —додатні коефіцієнти функціоналу; а^ —постійні коефіцієнти.

Для визначення відхилення Аху скористаємося безрозмірною формою

запису], що отримується шляхом ділення цільової функції (6) на її оптимальне значення (у0):

т п

У' = X тю П ХУ (7)

;=1

У Хі ■ • ■ • 4. -

де >'• =—, Л;» =—і- — відносні значення відповідно функції та

Уо

параметрів; — оптимальна пронормована вага і-го доданку позинома (факторів впливу) по відношенню до у0, знайдена за методом інтегральних

аналогів.

В умовах рівноважності параметрів системи користуємося принципом

ду ----

ріьних виливів, згідно з яким часткові диференціали —— -Ах,- (у =1, п)

дХ] 1

однаково впливають на утворення загального відхилення цільової функції Ау, тобто

де Ду і — частка відхилення Ау, що спричиняється Лл'; , у = 1, п.

Для знаходження змінних параметрів Xj. складаємо систему рівнянь: т У-І П „ ____

п ,=| А=1 ¿=у+1

де хкФ3 — відносні значення змінних, знайдені з попередніх рівнянь систе.ч (8); хк*а =1 — відносні оптимальні значення змінних; Xj* — шукаї відносне значення змінної х у у-му рівнянні; у»— задане відносне значені відхилення цільової функції від оптимуму.

У випадку адитивної моделі система рівнянь (8) спрощується і вигляду:

1 т ___

1 + - (у* ~ "0 = £ ет/о ха/ , ]= і, п (9)

У~1

Відхилення змінних параметрів системи відповідно визначаються:

х0, У=1,я.

Ахг

При знаходженні допустимих відхилень параметрів системи від і оптимального значення для адативно-мультиплікативної та адитивне моделі при нерівноважних параметрах складаємо відповідно системи рівням (10) і (11), аналогічні (8) і (9). У даному випадку змінюється ліва частин моделі при урахуванні ваги кожного параметра (*,-) у загальному впливі н

системний критерій оптимальносгі, де у =1, п; п — кількість параметрі системи.

, -.У пі у-1 а.. я аг. —

1+(>*-і) X уїй,о П П ^=1/, (10)

р= 1 /= 1 £=! k-=j+i

1 +(>-і)а . = Е 0}ІО Х^‘ ,..у = 1л (11)

■> 1=1 ■>

При зміні архітектоніки цільової функції, тобто при вилученні чи включенні додаткових мультиплікативних за внутрішнім змістом складових адитивно-мультишгікативної моделі доцільно визначити зміну впливу кожного з параметрів системи при утриманні значення загальносисгемного критерію оптимальносгі у визначених межах. У розділі 3 записуються системи рівнянь для визначення відхилень параметрів ху, аналогічні (8-11)

відповідно при рівноважних і нерівноважних параметрах моделі у випадку редукування (індукування) змінних параметрів оцінюваної функції.

Узагальнюючи вищесказане, зауважимо, що запропонована методика є універсальною і може мати широкі перспективи використання в різних галузях науки і техніки: при оцінці технічних систем, в економіці, оптимальному керуванні і т.д. Запропонована методика легко адаптується

до умов комп’ютерної реалізації, що суттєво спрощує розрахунки та підвищує перспеїстиву точності оцінок.

У третьому розділі було проведено експериментальне дослідження зручності сприйняття традиційних арабської та римської і нових ;і.тг>п.-рнативних цифрових систем при їх використанні в засобах шдображення. Основні вимоги до проведення екперимеїгту визначалися та корегувалися розрахунками межових змін параметрів системи за розробленою вище методикою та результатами попередніх досліджень. Експериментальне дослідження проводилося за тестом Бурдона за одним із режимів проведення тестів: нормальним режимом роботи, при наявності завад та за умови підвищеної напруженості роботи.

Отримані результати досліджень дають змогу обгрунтувати доцільність використання альтернативної системи поряд з арабською, особливо в спеціалізоватіх системах, де має важливе значення точність сприйняття цифрової інформації протягом тривалого періоду за умови підвищеної напруженості роботи оператора та при наявності завад.

У четвертому розділі розробляються рекомендації для проектування пристроїв відображення цифрової інформації; проводиться порівняльна оцінка різних цифрових нумерацій у засобах відображення та порівняння характеристик знакосинтезуючих індикаторів на базі різних форм нарису цифр при можливості одиничного збою в каналах керування, результати якого, наведені в табл.2, підтверджують перспективність використання 'готирисегментних знакосинтезуючих індикаторів.

Таблиця 2

Порівняння характеристик знакосинтезуючих індикаторів_________

Критерій Тип знакосинтезуючих індикаторів

Чотирисегментний для зображення стрілкових цифр Семисегментний для зображення арабських цифр П’ятисегментний для зображення арабських цифр

К'ЛЬКІСІЬ елементів Л' 4 7 5

Підношення *=-*- 1 1,75 1,25

Кількість нерозпізнаних помилок пі 32 14 14

Кількість помилок, які підлягають розпізнаванню п2 56 22 28

Відношення •°г у - —і' "і 1,75 1,57 2

Середня кількість елементів на символ /? і 4.9 2,5

0.5 ... і 0.7 0.5

Проводиться розробка пристроїв відображення з використанням новш цифрових систем. Розглядаються особливості побудови засобІЕ відображення інформації на базі альтернативних цифрових форм та порівняння з існуючими схемами на базі традиційного зображення. Так при розробці годинникових пристроїв для зображення інформації про хвилини (секунди) індикатори циферблату розбиваються на чотири групи по три знаки в кожній. При реалізації апаратної частини таких приладів керування групами майже ідентичне. Кодування появи зафарбування чергової групи індикаторів при відображенні інформації про хвилини (секунда), як видно з рис.З. базується на принципі самодоповнення, що, звісно, передбачає простоту реалізації розроблюваних схем. Спрощення схем керування чотирисегментним індикатором та зменшення апаратних затрат при реалізації годинникових схем на базі альтернативного кодування та подання величин і, згідно з цим, ріст надійності розроблених структур передбачає перспективність розвитку альтернативного зображення в засобах відображення інформації.

V, У2 Уз

0

1

2

3

4

5

Рис.З. Послідовність виділення сегментів.

За результатами проведеного аналізу та дослідження визначаються основні переваги і недоліки використання нових форм зображення цифрових знаків. При цьому слід особливо підкреслити ріст дозволяючої здатності сприйняття інформації за рахунок використання повної площі індикатора, що дозволяє зменшувати розміри символів чи збільшувати відстань, з якої сприймається інформація, при збереженні комфортності сприйняття та дозволяє працювати в умовах підвищеної кількості завад. З іншого боку, ця особливість нових цифр вимагає більших енергетичних затрат для забезпечення висвічування повної площі індикатора. Основним недоліком альтернативного зображення є незвичність та нетрадиційність нових цифрових форм, що вимагає додаткового вивчення робочого алфавіту при його застосуванні в засобах відображення.

На базі отриманих результатів дослідження вибрані критерії оцінки

пристроїв відображення з урахуванням вимог як розробника, так і користувача. Проведено порівняння різних типів пристроїв відображення цифрової інформації з допомогою розробленої у другому розділі методики

багатокритеріального аналізу варіантів за обраними кількісними і якісними критеріями оцінок.

Висновки

1. Проведено аналіз особливостей використання та розроблений алгоритм реалізації принципу неперервно-дискретного відображення інформації у цифрових відлікових пристроях.

2. Проведено аналіз системного підходу до проектування пристроїв відображення та виявлено необхідність додаткових розробок засобів для оцінювання характеристик пристроїв відображення інформації на різних сіапах проектування, а саме:

2.1. Розроблена та застосована для порівняльного аналізу характеристик пристроїв відображення інформації багатокритеріальна методика оцінки варіантів на базі нечіткої логіки, яка розглядає особливості аналізу в умовах рівноважності та нерівноважносгі обраних критеріїв оцінки та у випадку порівняння оцінюваних варіантів з еталоном. Розроблені алгоритм та програма багатокритеріального аналізу варіантів.

2.2. Розроблена та застосована для настроювання параметрів експериментальних досліджень методика оцінювання межових змінень параметрів системи. Методика базується на використанні безрозмірної ¡Ьорми запису цільової функції та на методах нелінійного програмування як у зшіадку адитивної, так і при адагтивно-мультиплікативній моделі за умови рівноважності та нерівноважносгі параметрів системи. Запропонована методика оцінювання межових змінень параметрів системи розглядає можливості утримання шуканого значення цільової функції в зоні •ечутливості у випадках редукування (індукування) складових адитивно-лультинлікативної моделі. Розроблені алгоритми визначення межових змін іаряметрів системи.

3. Отримані результати експериментальних досліджень дають змогу >бгрунтувати доцільність використання альтернативної системи поряд з ірабеькою, особливо у спеціалізованих системах, де має важливе значення очність сприйняття цифрової інформації за умови підвищеної напруженості юботи протягом тривалого періоду та при наявності завад. Виходячи з іезультатів експерименту, доцільно зауважити, що для альтернативної истеми втомлюваність оператора є найменшою.

4. Проведена оцінка і порівняння характеристик знакосинтезуючих !/;нкаторів з використанням арабської і альтернативної симетричної нфрової системи. Результати аналізу підтверджують можливі перспективи »користання чотирисегментних занакосинтезуючих індикаторів для збраження альтернативних цифрових знаків.

5. Розроблено алгоритми побудови засобів відображення інформації на азі альтернативних форм зображення цифрових даних. Спрощення схем

керування чотирисегментним індикатором та зменшення апаратних затра при реалізації годинникових схем на базі альтернативного кодування т подання величин порівняно зі схемами годинників з традиційної зображенням передбачає перспективність розвитку альтернативног зображення в засобах відображення інформації.

6. На базі результатів аналізу і досліджень виявлені й узагальнені основні переваги і недоліки використання стрілкових цифр у засоби відображення інформації.

7. За запропонованою системою кількісних і якісних критеріїв оціню пристроїв відображення на базі різних семіотичних алфавітів проведеш порівняльний аналіз засобів відображення інформації за мегодикон багатркритеріального аналізу варіантів, результати якого вказують н; наявність певних переваг використання пристроїв відображення на баз нових форм цифрового зображення.

Додатки містять узагальнену класифікацію засобів відображень інформації; граф-схему детального алгоритму методики багатокригеріального аналізу варіантів на базі нечітких множин та тексі програми за цією методикою; результати експериментального досліджені!« зручності сприйняття традиційних і нових семіотичних систем і розрахунок можливої зміни параметрів апроксимуючої залежності кількості допущених помилок при ідентифікації символів; схемотехнічну реалізацію пристроїв відображення на базі альтернативного зображення цифрової інформації; довідки про впровадження розроблених методик.

Список опублікованих праць за темою дисертації;

1.Пєтух А.М.,, Войтко В.В. Порівняльний аналіз різних форм нарису цифр // Вісннк ВПІ. — 1998. — №2. — С.83-89.

2.Войтко В.В. Оцінка інформаційних можливостей та порівняння характеристик знакосинтезуючих індикаторів// Наукові вісті Національного технічного університету України “Київський політехнічний інститут”. —

1998. —N3.-0.43-47.

3.Ротштейн О.П., ПєтухА.М., Петренко М.І., Войтко В.В. Варіантний аналіз на базі нечітких парних порівнянь: методика та застосування на прикладі порівняння семіотичних систем// Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах — Хмельницький. 1998/ — №2. — С.118-125.

4.Войтко В.В. До питання рішення оберненої задачі чутливості.// Придніпровський науковий вісник. —1999. —№124. —С. 82-90.

5.Пєгух А.М., Войтко В.В. Можливості оцінки надійності систем відображення інформації на базі розв’язання оберненої задачі чутливості// Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. — Хмельницький, 1998. — №4,— С. 12-17.

6.Петух А.М., Войтко В.В. Альтернативное представление величин многофункциональных таймерных устройств/ Труды третьей Украинской конференции по автоматическому управлению “Автоматика 96” т.З. — Севастополь, 1996. — С.43.

7.Войтко В.В. Устройства отображения с использованием новых форм представления величин/ Тезисы докладов первого Международного мололёжного форума "Электроника и молодежь в XXI веке”. :— Харьков. ' 097. — С. 178.

8.Петух А.М., Войтко В.В. До питання нового функціонального аспекту репрезентування інформативних даних/ Матеріали IV міжнародної конференції “Франція та Україна. Науково-практичний досвід у контексті діалогу національних культур.”, т.1, ч.І — Дніпропетровськ. 1997. — С.134-

\ 37.

9 ІІєтух А.. Войтко В. Аналіз ефективності цифросинтезуючих індикаторів із використанням нових форм відображення/ Матеріали VI Міжнародної наукової конференції ім. ак. М.Кравчука. — Київ, 1997. — С.369.

10.Войтко В.В. К вопросу решения обратной задачи чувствительности// Тез. докл. междунар. науч. конф. “XXV Гагаринские чтения”. — Т.1. — М., ¡999. — С.186-187.

11.ПєтухА.М., Войтко В.В. Аналіз засобів відображення інформації на базі нечітких парних порівнянь/ Збірник праць V Української конференції “Автоматика 98"ч.4. — К„ 1998. — С.258-263.

12.Войтко В.В. Схема оцінювання систем відображення інформації за вибраними критеріями/ Учёные записки Симферопольского государственного университета. Спец. вип. журнала// Збірник праць Міжнародної науково-технічної конференції “Приладобудування-98". — Віїшнця-Симферополь, 1998. — С.225-228.

13.Пстух А.М., Войтко В.В., Можливості забезпечення стабільності тіііня знань на базі використання методу рішення оберненої задачі п'гліійості/ Матеріали першої Міжнародної науково-методичної конференції інгернег-освіта-наука". — Вінниця, 1998, т.2. — С.289-294.

14.Петух A.M., Войтко В.В. Оцінка ефективності використання •еміотичних систем в засобах відображення інформації/ Матеріали міжнародної конференції з математичного моделювання “МКММ*98” — <ерсон, 1998. —С. 162-165.

АНОТАЦІЇ

Вомтко В. В. Дослідження і розробка алгоритмів і пристро неперервно-дискретного відображення цифрової інформації. — Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук : спеціальністю 05.13.05 — елементи та пристрої обчислювальної техніки -систем керування. — Вінницький державний технічний університе м.Вінниця, 1999.

У дисертаційній роботі сформульовано, досліджено і вирішено ря науково-технічних завдань, які пов’язані з проектуванням пристро: відображення інформації та вибором способу кодування і зображення дани у процесі розробки інформаційної моделі, а саме: розроблена методик багатокритеріальної оцінки характеристик засобів відображення інформаці розроблена методика визначення межових змінень параметрів оцінювані функції, за якою проводиться настроювання параметрів експериментальнії досліджень; проводиться порівняння характеристик пристроїв відображенн цифрової інформації.

Ключові слова: пристрої відображення цифрової інформації, систем, відображення, інформаційні моделі, знакові індикатори, технічні засоби.

Vojtko V.V. Research and elaboration of algorithms and devices witl continuous-discrete imagings of the digital information. — Manuscript.

Dissertation for candidate's degree by speciality 05.13.05 — Units botf devices of computer facilities and control systems. — Vinnitsa State Technica university, Vinnitsa, 1999.

In dissertation it is formulated, decided and investigated the number of the scientific and technical jobs which are connected to system design of the information imaging both choice of a way of coding and image of data during development of an information model, namely: the technique of a multicriteria evaluation of the information imaging systems is developed; the technique oi definition of boundary changes of the function parameters is developed, behind which will be carried spent tuning of experimental researche parameters; matching the characteristics of the digital information imaging systems will be carried spent.

Key word: the digital information imaging devices, systems of imaging, information models, sign indicators, hardware.

Войтко В.В. Исследование и разработка алгоритмов и устройств непрерывно-дискретного отображения цифровой информации. — Рукопись. "

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.05 — элементы и устройства вычислительной техники и систем >правления. — Винницкий государственный технический университет, г. Винница, 1999 .

В диссертационной работе сформулировано, исследовано и решено ряд научно-технических заданий, которые связаны с проектированием устройств отображения информации и выбором способа кодирования и изображения данных в процессе разработки информационной модели.

Проведен анализ особенностей и перспектив использования принципа непрерывно-дискретного представления информации в устройствах отображения. Проводится анализ системного подхода к проектированию устройств отображения информации. Результаты анализа обуславливают необходимость дополнительных разработок средств для оценивания характеристик устройств на разных этапах проектирования. Исходя из этого были разработаны и использованы многокритериальная методика оценивания вариантов и методика граничных изменений параметров системы.

Разработанная многокритериальная методика оценивания вариантов на базе нечеткой логики с использованием количественных и качественных оценок при возможности сравнивания вариантов с эталоном в условиях равновесности и неравновесности критериев разрешает, в отличие от многих известных методик, одинаково оценивать разнородные свойства оцениваемой системы, что особенно важно для получения интегральной оценки вариантов по многим критериям и не требует сложных математических вычислений. Предложенная методика используется для сравнительного анализа характеристик устройств отображения цифровой информации. Методика многокритериального сравнительного анализа вариантов носит универсальный характер и может эффективно использоваться в политике, экономике и других сферах человеческой деятельности. Разработаны алгоритмы и программа многокритериального анализа вариантов при использовании математического аппарата нечеткой логики. Методика доведена до инженерного уровня и не требует специальной квалификации в области теории нечетких множеств у экспертов, проводящих сравнительный анализ вариантов.

На последнем этапе проектирования устройств отображения информации проводится сопоставление технических характеристик спроектированного устройства с выбранными показателями эффективности. При этом часто возникает необходимость определения зоны изменений значений параметров системы при необходимости удержания общесистемного критерия оптимальности в установленных

границах. Разработана методика определения граничных измененш параметров оцениваимой функции, за которой проводится настраивани! параметров экспериментальных исследований условий удобного I эффективного восприятия традиционных и новых форм отображенш цифровой информации. Предложенная методика базируется ш безразмерной форме записи и принципах нелинейного программирования.

Рассматриваются возможности применения предложенной методам граничных изменений параметров системы при включении (исключении; мультипликативных составляющих адитивно-мультипликативной модели что имеет широкие перспективы использования при необходимости обеспечения стабильной работы системы посредством удержания общесистемного критерия оптимальности в установленных границах. Предложенная методика есть универсальной и может использоваться в различных областях науки и техники: при оценивании технических систем, в оптимальном управлении, энергетике и т.д.

На основании проведенного анализа и исследований различных форм представления цифровой информации определяются основные преимущества и недостатки их использования в устройствах отображения.

Разрабатываются рекомендации для проектирования устройств отображения цифровой информации; проводится сравнительная оценка различных цифровых нумераций в устройствах отображения и сравнивание характеристик знакосинтезирующих индикаторов на основании различных форм цифрового представления при возможности единичного сбоя в канале управления.

Рассматриваются особенности построения устройств отображения на основании новых цифровых форм. Проводится разработка устройств отображения информации с использованием четыресегментных знакосинтезирующих индикаторов, рассматриваются условия их эффективного использования. Разработаны алгоритмы построен™ устройств отображения на основании новых форм цифрового представления и использования принципов непрерывно-дискретного отображения цифровой информации.

Ключевые слова: устройства отображения цифровой информации, системы отображения, информационные модели, знаковые индикаторы, технические средства.